CN103491377A - 图像处理设备、方法和程序 - Google Patents

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Abstract

提供图像处理设备、图像处理方法和程序。该图像处理设备包括：色调映射器，其无损地色调映射浮点表示的图像数据；基础图层生成器，其通过减少由色调映射器色调映射的图像数据的位深来生成基础图层图像数据；以及增强图层生成器，其通过使用由色调映射器色调映射的图像数据和由基础图层生成器生成的基础图层图像数据来生成增强图层数据。

Description

图像处理设备、方法和程序
技术领域
本技术涉及一种图像处理设备、方法和程序，更具体地，涉及一种使得要生成的数据的大小能够进一步减少的图像处理设备、方法和程序。
背景技术
最近，由于例如具有更高位深的图像传感器和具有高位支持的显示器的发展，图像的动态范围日益增加。
迄今，已报告了与高位深图像的编码表示有关的许多研究结果。例如，已提出两阶段编码方法，其通过色调映射创建低位深图像，并且随后，利用单独的编码器编码该已解码图像和原始图像之间的差（例如，参见“Bit-DepthScalable Video Coding”,Proc.IEEE Intl.Conf.on Image Processing,pp.I-5to I-7,2007(W.Winken,D.Marpe,etc.)）。
还提出一种通过应用Lloyd-Max量化而非色调映射在有损压缩期间实现位速率减少的方法（例如，参见“A Study of Coding Method for High Bit DepthImage Using Bit Depth Transform”,IEICE General Conference2009,S-5,2009(Ito,Bando,Takamura,Kamikura,Yashima)）。
发明内容
然而，利用这些技术，增强图层的位深增加，并且存在不能充分减少数据大小的风险。
鉴于这样的情况，希望进一步减少要生成的数据的大小。
根据本公开的实施例，提供一种图像处理设备，包括：色调映射器，其无损地色调映射浮点表示的图像数据；基础图层生成器，其通过减少由色调映射器色调映射的图像数据的位深来生成基础图层图像数据；以及增强图层生成器，其通过使用由色调映射器色调映射的图像数据和由基础图层生成器生成的基础图层图像数据来生成增强图层数据。
色调映射器可以利用无损对数映射来色调映射浮点表示的图像数据。
色调映射器可以通过将浮点表示的图像数据的指数和所述指数的最小值之间的差分值乘以2的浮点表示的图像数据的尾数的位深次幂，并进一步将浮点表示的图像数据的尾数加到所述乘法的结果，来色调映射浮点表示的图像数据。
基础图层生成器可以包括第一计算单元和取整单元，所述第一计算单元使由色调映射器色调映射的图像数据经受2的基础图层图像数据的位深的负绝对值次幂的计算，所述取整单元通过舍去经受第一计算单元的2的幂的乘法的图像数据的小数部分来生成基础图层图像数据。
第一计算单元可以以等同于基础图层图像数据的位深的量向右位移由色调映射器色调映射的图像数据中的像素值。
增强图层生成器可以包括第二计算单元和差分数据生成器，所述第二计算单元使基础图层图像数据经受2的基础图层图像数据的位深次幂的计算，所述差分数据生成器生成由色调映射器色调映射的图像数据和经受第二计算单元的2的幂的计算的基础图层图像数据之间的差分数据。
第二计算单元可以以等同于基础图层图像数据的位深的量向左位移基础图层图像数据中的像素值。
图像处理设备还可以包括基础图层编码器，其编码由基础图层生成器生成的基础图层图像数据。
图像处理设备还可以包括增强图层编码器，其编码由增强图层生成器生成的增强图层数据。
根据本公开的实施例，提供一种用于图像处理设备的图像处理方法，图像处理设备无损地色调映射浮点表示的图像数据，通过减少色调映射后的图像数据的位深来生成基础图层图像数据，通过使用色调映射后的图像数据和所生成的基础图层图像数据来生成增强图层数据。
根据本公开的实施例，提供一种程序，用于使得计算机用作色调映射器、基础图层生成器和增强图层生成器，所述色调映射器无损地色调映射浮点表示的图像数据，所述基础图层生成器通过减少由色调映射器色调映射的图像数据的位深来生成基础图层图像数据，所述增强图层生成器通过使用由色调映射器色调映射的图像数据和由基础图层生成器生成的基础图层图像数据来生成增强图层数据。
根据本公开的实施例，提供一种图像处理设备，其包括图像数据生成器和逆向色调映射器，所述图像数据生成器通过使用增强图层数据和基础图层图像数据来生成色调映射后的图像数据，使用通过色调映射浮点表示的图像数据获得的图像数据和从色调映射后的图像数据生成的基础图层图像数据来生成所述增强图层数据，所述逆向色调映射器通过对由图像数据生成器生成的色调映射后的图像数据应用无损逆向色调映射来生成浮点表示的图像数据。
逆向色调映射器可以利用无损逆向对数映射来生成浮点表示的图像数据。
图像数据生成器可以包括计算单元和加法器，所述计算单元使基础图层图像数据经受2的基础图层图像数据的位深次幂的计算，所述加法器通过将经受计算单元的2的幂的计算的基础图层图像数据加到增强图层数据来生成色调映射后的图像数据。
计算单元可以以等同于基础图层图像数据的位深的量向左位移基础图层图像数据中的像素值。
图像处理设备还可以包括基础图层解码器，其解码基础图层图像数据的已编码数据。图像数据生成器可以通过使用由基础图层解码器获得的基础图层图像数据来生成色调映射后的图像数据。
图像处理设备还可以包括增强图层解码器，其解码增强图层数据的已编码数据。图像数据生成器可以通过使用由增强图层解码器获得的增强图层数据来生成色调映射后的图像数据。
图像处理设备还可以包括：接收器，其接收与编码有关的信息；基础图层解码器，其解码与由接收器接收的、与编码有关的信息指定的编码格式对应的格式的基础图层图像数据的已编码数据；以及增强图层解码器，其解码与由接收器接收的、与编码有关的信息指定的编码格式对应的格式的增强图层数据的已编码数据。
根据本公开的另一实施例，提供一种用于图像处理设备的图像处理方法，所述图像处理设备通过使用增强图层数据和基础图层图像数据来生成色调映射后的图像数据，使用通过色调映射浮点表示的图像数据获得的图像数据和从色调映射后的图像数据生成的基础图层图像数据来生成所述增强图层数据，通过对所生成的色调映射后的图像数据应用无损逆向色调映射来生成浮点表示的图像数据。
根据本公开的另一实施例，提供一种用于使得计算机用作图像数据生成器和逆向色调映射器的程序，所述图像数据生成器通过使用增强图层数据和基础图层图像数据来生成色调映射后的图像数据，使用通过色调映射浮点表示的图像数据获得的图像数据和从色调映射后的图像数据生成的基础图层图像数据来生成所述增强图层数据，所述逆向色调映射器通过对由图像数据生成器生成的色调映射后的图像数据应用无损逆向色调映射来生成浮点表示的图像数据。
根据本技术的实施例，无损地色调映射浮点表示的图像数据，减少色调映射后的图像数据的位深以便生成基础图层图像数据，并使用色调映射后的图像数据和所生成的基础图层图像数据来生成增强图层数据。
根据本技术的另一实施例，使用增强图层数据和基础图层图像数据来生成色调映射后的图像数据，使用基础图层图像数据和通过色调映射浮点表示的图像数据获得的色调映射后的图像数据来生成所述增强图层数据，并从色调映射后的图像数据生成基础图层图像数据，且无损地逆向色调映射如此生成的色调映射后的图像数据以生成浮点表示的图像数据。
根据本技术的实施例，可以处理图像。具体地，可以进一步减少数据大小。
附图说明
图1是图示图像编码设备的示例性主要配置的框图；
图2是图示图像解码设备的示例性主要配置的框图；
图3是图示图像编码设备的示例性主要配置的框图；
图4是图示编码过程的示例流的流程图；
图5是图示图像解码设备的示例性主要配置的框图；
图6是图示解码过程的示例流程的流程图；
图7是图示示例性位深比较的图；以及
图8是图示计算机的示例性主要配置的框图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。注意，在这个说明书和附图中，用相同的附图标记表示具有基本上相同功能和结构的结构化元件，并且省略这些结构化元件的重复解释。
在下文中，将描述用于实施本公开的实施例（在下文中指定的实施例）。所述描述将按下列顺序进行。
1.第一实施例（图像编码设备、图像解码设备）
2.第二实施例（计算机）
<1.第一实施例>
[1-1.图像编码设备]
首先，将描述典型的高动态范围图像编码。
在图像或视频的数字数据压缩中，压缩结果被分成多个图层的编码方案被称为可扩展性函数（scalability functions），并且迄今报告了关于这样的函数的许多研究结果。当前，正认真研究位深可扩展性。
位深表示像素值表示的色调的数量。具有8位位深的通用装置能够表示2^8=256个色调。最近，通过使用除了固定的十进制格式以外的浮点格式，变得可以表示更宽的数值范围（高动态范围）。
存在一种通过将图像分为基础图层和增强图层来编码这样的以浮点格式表示的高动态范围的方法。利用以这样的方式被分为两个图层的已编码数据，可以从基础图层解码处于标准位深的低动态范围图像，并且通过将基础图层与增强图层结合，可以解码原始高动态范围图像。
已经存在关于这样的位深可扩展性的许多研究报告。例如，可以通过色调映射从高动态范围图像创建低动态范围图像，并且随后以联合图像专家组（JPEG）格式压缩所述低动态范围图像以创建基础图层。此外，低动态范围是反向色调映射的，并且来自高动态范围图像的差被认为是增强图层。然而，利用这种方法，因为增强图层是残留数据，所以像素相关性小，并且因此遭受高压缩率的期望减少。
图1是图示将具有这样的浮点精度的图像分开编码为基础图层和增强图层的图像编码设备的示例性主要配置的框图。如图1中所示，图像编码设备10包括浮点到整数精度转换器11、有损色调映射器12、无损编码器13、有损逆向色调映射器14、差分数据生成器15以及熵编码器16。
浮点精度数据通常由符号bs、尾数bM和指数bE组成。如在下列等式1中表示每个值。
bs∈[0，2^Ds]，bM∈[0，2^DM]，bE∈[0，2^DE]      (1)
还假设单独的位深是Ds、DM和DE（位）。
例如，在普遍作为浮点精度图像格式的OpenEXR格式中，每个颜色R、G和B具有[Ds,DM,DE]=[1,10,5]的位深，总体产生48bpp。
同时，在RGBE格式中，没有符号，并且虽然对于R、G和B中的每一个尾数是DM=8，但指数是DE=8并且在R、G和B之间共享，总体产生32bpp。
例如，在OpenEXR的情况下，对于0<bE<31如在下列等式2中定义像素值。注意，尾数XM和指数XE分别是如在下列等式3和4中表示的实数。
X=XM·2^XE      (2)
XM=(-1)^bs·(1+bM·2^(-DM))      (3)
XE=bE-15      (4)
为了方便，假设bs=0（换句话说，正数）。在图1中，以浮点表示的尾数bM（箭头21）和指数bE（箭头22）被输入到图像编码设备10中。浮点到整数精度转换器11对图像数据应用从浮点精度到整数精度的1-对-1映射。换句话说，如在下面的等式5中，尾数bM（箭头21）和指数bE（箭头22）被转换为整数精度图像数据XI（箭头23）。
XI=(2^DM+bM)·2^(bE-Min(bE))      (5)
在G.Ward和M.Simmons,“JPEG-HDR:A Backwards Compatible HighDynamic Range Extension to JPEG”,Proc.13th Color Imaging Conference,Nov.2005中介绍了上面的转换。
有损色调映射器12根据下面的等式6和7将图像数据XI色调映射为图像数据V。作为结果，位深被减少为DV。
V*=loge(XI)      (6)
Figure BDA00003280304800061
在R.Xu,S.N.Pattanaik和C.E.Hughes,"High Dynamic-Range Still-ImageEncoding in JPEG2000",IEEE Computer Graphics and Applications,vol.25,no.6,pp.57-64,2005中介绍了这个色调映射规则。
尽管原始图像是高动态范围图像，但由于与原始图像相比减少了位深，通过上面的等式6和7色调映射后的图像数据V（箭头24）可以被称为低动态范围图像。换句话说，图像数据V等同于基础图层图像。
无损编码器13根据给定的方法无损地编码基础图层图像数据V（箭头24），并且生成基础图层编码码流（箭头25）。
有损逆向色调映射器14对基础图层图像数据V（箭头24）应用逆向的由有损色调映射器12应用的色调映射，因此，增加位深并且生成高动态范围图像数据（箭头26）。
差分数据生成器15从由浮点到整数精度转换器11生成的高动态范围图像数据XI（箭头23）中减去由有损逆向色调映射器14生成的高动态范围图像数据（箭头26），由此生成其间的差分数据（箭头27）。这个差分数据等同于增强图层。
熵编码器16根据给定的方法对差分数据（箭头27）应用熵编码，并且生成增强图层编码码流（箭头28）。
图像编码设备10输出基础图层编码码流（箭头25）和增强图层编码码流（箭头28）。
[1-2.图像解码设备]
图2是图示与图1中的图像编码设备10对应的图像解码设备的示例性主要配置的框图。
图2中图示的图像解码设备50接收并解码在图像编码设备10处生成的基础图层编码码流（箭头62）和增强图层编码码流（箭头61），因此生成低动态范围图像数据（箭头69）和浮点表示的高动态范围图像数据（箭头67和箭头68）。
如图2中所示，图像解码设备50包括熵解码器51、无损解码器52、有损逆向色调映射器53、加法器54以及整数到浮点转换器55。
熵解码器51根据与图1中的熵编码器16对应的方法对所提供的增强图层编码码流（箭头61）应用熵解码，并且生成增强图层差分数据（箭头63）。
无损解码器52根据与图1中的无损编码器13对应的方法无损地解码所提供的基础图层编码码流（箭头62），并且生成基础图层图像数据（箭头64和箭头69）。
有损逆向色调映射器53根据与图1中的有损逆向色调映射器14的方法类似的方法对基础图层图像数据（箭头64）应用逆向色调映射，因此增加位深并生成高动态范围图像数据（箭头65）。
加法器54将由熵解码器51生成的增强图层差分数据（箭头63）和由有损逆向色调映射器53生成的高动态范围图像数据（箭头65）加到一起，并且生成结合基础图层和增强图层的高动态范围图像数据（箭头66）。
整数到浮点转换器55对整数精度高动态范围图像数据（箭头66）应用逆向的由图1中的浮点到整数精度转换器11应用的映射，或换句话说，应用从整数精度到浮点精度的1-对-1映射。换句话说，如在前面的等式5中整数精度图像数据（箭头66）被转换为尾数bM（箭头67）和指数bE（箭头68）。
[1-3.压缩率]
利用像上面的方法，增强图层的压缩率变得极低。在图1中的图像编码设备10中，XI的位深如下面的等式8。
DI=DM+2^DE      (8)
因此，位深大，并存在图像数据大小变得相当地大的风险。此外，由于作为结果差分数据的位深也大，难以实现无损图像编码和解码。此外，已解码图像和原始图像之间的差的位长变得过长，并存在不能无损地表示未处理的、原始的图像的风险。
此外，虽然在图像编码设备10中对差分数据应用熵编码，但是所述差分数据基本上没有表现出相邻像素之间的相关性，并且因此遭受利用例如离散余弦变换（DCT）或离散小波变换（DWT）之类的变换的有效压缩的期望减少。
[1-4.图像编码设备]
因此，进行无损色调映射以进一步减少位深。图3是图示用于这种情况的图像编码设备的示例性主要配置的框图。在图3中示出的图像编码设备100是处理图像数据的图像处理设备的一种模式，并且从作为输入给出的、浮点表示的高动态范围图像数据生成增强图层数据和基础图层低动态范围图像数据。
如图4中所示，图像编码设备100包括无损色调映射器101、基础图层生成器111、增强图层生成器112、无损编码器104和熵编码器107。
为了方便，假设bs=0（换句话说，正数）。在图3中，以浮点表示的高动态范围图像数据的尾数bM（箭头121）和指数bE（箭头122）被输入到图像编码设备100中。无损色调映射器101对高动态范围图像数据应用如下面的等式9中指示的无损色调映射，并生成色调映射后的图像数据XL（箭头123）。
XL=(bE-Min(bE))·2^DM+bM      (9)
基础图层生成器111减少由无损色调映射器101色调映射的图像数据XL（箭头123）的位深，并生成基础图层图像数据。基础图层生成器111包括2^(-DV)转换器102和向下舍入单元103。
2^(-DV)转换器102使映射后的图像数据XL（箭头123）中的像素值经受2的（-DV）次幂的计算，假设DV是基础图层位深，并生成具有减少的位深的图像数据（箭头124）。
向下舍入单元103通过舍去具有减少的位深的图像数据（箭头124）中的像素值的小数部分将所述像素值转换为整数，并生成基础图层图像数据（箭头125）。与高动态范围图像数据（箭头121和箭头122）相比，这个图像数据（箭头125）是具有减少的位深的低动态范围图像数据。
无损编码器104根据给定的方法无损地编码基础图层图像数据（箭头125），并生成基础图层编码码流（箭头126）。所述编码方法是任意的无损方法。
增强图层生成器112使用由无损色调映射器101色调映射的图像数据XL（箭头123）和由基础图层生成器111生成的基础图层图像数据（箭头125）来生成增强图层数据。增强图层生成器112包括2^(DV)转换器105和差分数据生成器106。
2^(DV)转换器105使由向下舍入单元103生成的基础图层图像数据（箭头125）中的像素值经受2的（DV）次幂的计算，并生成具有增加的位深的图像数据（箭头127）。换句话说，2^(DV)转换器105将减少的图像数据的位深回复为原始位深。
差分数据生成器106从由无损色调映射器101色调映射的图像数据XL（箭头123）中减去由2^(DV)转换器105生成的图像数据（箭头127），因此生成其间的差分数据（箭头128）。这个差分数据等同于增强图层。
熵编码器107根据给定的方法对差分数据（箭头128）应用熵编码，并生成增强图层编码码流（箭头129）。所述编码方法是任意的无损方法。除了熵编码以外的编码方法也是可接受的。
图像编码设备100输出基础图层编码码流（箭头126）和增强图层编码码流（箭头129）。在这一点上，图像编码设备100还可以向解码侧提供与编码方法有关的、在各个编码码流中包括的信息。图像编码设备100还可以向解码侧提供与编码方法有关的信息，作为来自各个编码码流的单独的数据。注意，图像编码设备100还可以输出未编码的增强图层数据（箭头128）和基础图层图像数据（箭头125）。
利用上面的编码，由无损色调映射器101生成的色调映射后的图像数据XL的位深DL变为2^DM×2^DE=2^(DM+DE)，并且因此如在下面的等式10中以2的幂表示来表述。
DL=DM+DE      (10)
因此，与图1中的图像编码设备10的情况（等式8）相比大大减少了映射后的图像数据的位深。换句话说，图像编码设备100能够进一步减少增强图层数据（箭头128）的数据大小。即，图像编码设备100能够减少增强图层编码码流（箭头129）和基础图层编码码流（箭头126）的比特率（改善编码效率）。由于位深低，所以无损转换也是可能的。因此，可以改善已解码图像质量。
此外，在这种情况下，简单地位移图像数据（箭头127），舍去像素值的小数部分，并且反向位移结果。因此，在图像数据（箭头123）中的像素值和图像数据（箭头127）中的像素值之间存在极高的相关性。换句话说，由差分数据生成器106生成的差分数据（箭头128）能够维持在图像数据（箭头123）中包括的像素之间的相关性。因此，对于更高效的编码，熵编码器107能够利用像素相关性。换句话说，图像编码设备100能够改善增强图层编码码流（箭头129）的编码效率。
此外，2^(-DV)转换器102能够通过计算（DV）位的向右位移来实现位深转换计算。因此，2^(-DV)转换器102能够在极轻处理负载的情况下转换图像数据的位深（减少图像数据的位深）。换句话说，图像编码设备100能够更容易地生成基础图层图像数据（箭头125）（并且因此生成基础图层编码码流（箭头126））。
显然，2^(DV)转换器105能够类似地通过计算（DV）位的向左位移实现位深转换计算。因此，2^(DV)转换器105能够以极轻处理负载转换图像数据的位深（增加图像数据的位深）。换句话说，图像编码设备100能够更容易地生成增强图层数据（箭头128）（并且因此生成增强图层编码码流（箭头129））。
注意，可以任意设置基础图层图像的位深DV。因此，可以根据将输出（显示）基础图层图像数据的装置或显示器的色调再现能力来设置位深DV。换句话说，由于可以根据应用生成图像数据，所以图像编码设备100可以被应用到更广泛的各种系统。
此外，可以通过位移来实现位深转换过程，而不管位深DV的大小。因此，图像编码设备100能够在任意位深容易地生成基础图层图像数据，并且此外，相应地生成增强图层数据。
[1-5.过程流程]
现在将参考图4中的流程图描述由图像编码设备100执行的编码过程的示例流程。
当编码过程开始时，在步骤S101中，无损色调映射器101获取浮点表示的高动态范围图像数据，并对其应用无损对数映射。
在步骤S102中，2^(-DV)转换器102将通过步骤S101中的处理获得的映射后的图像数据中的像素值乘以2^(-DV)。
在步骤S103中，向下舍入单元103舍去通过步骤S102中的处理获得的图像数据中的像素值的小数部分，并生成基础图层图像数据。
在步骤S104中，无损编码器104无损地编码通过步骤S103中的处理获得的基础图层图像数据，并输出结果作为基础图层编码码流。
在步骤S105中，2^(DV)转换器105将通过步骤S103中的处理获得的基础图层图像数据中的像素值乘以2^(DV)。
在步骤S106中，差分数据生成器106通过从通过步骤S101中的处理获得的映射后的图像数据减去通过步骤S105中的处理获得的图像数据来生成增强图层差分数据。
在步骤S107中，熵编码器107对通过步骤S106中的处理获得的增强图层差分数据应用熵编码，并且输出结果作为增强图层编码码流。
通过进行如上的编码过程，图像编码设备100能够进一步减少数据大小。注意，可以省略步骤S104中的处理。在这种情况下，图像编码设备100在没有编码基础图层图像数据的情况下输出该数据。还可以省略步骤S107中的处理。在这种情况下，图像编码设备100在没有编码增强图层数据的情况下输出该数据。
[1-6.图像解码设备]
图5是图示与图3中的图像编码设备100对应的图像解码设备的示例性主要配置的框图。图像解码设备是图像处理设备的一种模式。
图5中图示的图像解码设备200接收并解码在图像编码设备100处生成的基础图层编码码流（箭头222）和增强图层编码码流（箭头221），因此生成低动态范围图像数据（箭头229）和浮点表示的高动态范围图像数据（箭头227和箭头228）。注意，在图像编码设备100输出未编码的基础图层图像数据和增强图层数据的情况下，图像解码设备200获取该数据。
如图5中所示，图像解码设备200包括熵解码器201、无损解码器202、图像数据生成器211和无损逆向色调映射器205。
熵解码器201根据与图3中的熵编码器107对应的方法向提供的增强图层编码码流（箭头221）应用熵解码，并生成增强图层差分数据（箭头223）。解码方法可以是预定的，但也可以是基于与编码方法有关的信息确定的，该信息例如通过被包括在来自图像编码设备100的增强图层编码码流中来提供，或作为来自增强图层编码码流的单独数据来提供。注意，在图像编码设备100输出未编码的增强图层数据的情况下，可以省略熵解码器201。
无损解码器202根据与图3中的无损编码器104对应的方法无损地解码所提供的基础图层编码码流（箭头222），并生成基础图层低动态范围图像数据（箭头224和箭头229）。解码方法可以是预定的，但也可以是基于与编码方法有关的信息确定的，该信息例如通过被包括在来自图像编码设备100的基础图层编码码流中来提供，或作为来自基础图层编码码流的单独数据来提供。注意，在图像编码设备100输出未编码的基础图层低动态范围图像数据的情况下，可以省略无损解码器202。
图像数据生成器211通过使用由熵解码器201生成的增强图层差分数据（箭头223）（或从图像编码设备100提供的增强图层差分数据）和由无损解码器202生成的基础图层低动态范围图像数据（箭头224）（或从图像编码设备100提供的基础图层图像数据）来生成高动态范围图像数据（箭头226）。这个高动态范围图像数据与图像编码设备100中的色调映射后的图像数据XL对应。
如图5中所示，图像数据生成器211包括2^(DV)转换器203和加法器204。
2^(DV)转换器203是与图像编码设备100中的2^(DV)转换器105类似的处理单元。换句话说，2^(DV)转换器203使由无损解码器202生成的基础图层图像数据（箭头224）中的像素值经受2的(DV)次幂的计算，并生成具有增加的位深的图像数据（箭头225）。换句话说，例如，2^(DV)转换器203回复图像数据的位深，所述图像数据的位深由图像编码设备100中的2^(-DV)转换器102减少。
加法器204将由熵解码器201生成的增强图层差分数据（箭头223）（或从图像编码设备100提供的增强图层差分数据）和由2^(DV)转换器203生成的图像数据（箭头225）加到一起，并生成高动态范围图像数据（箭头226）。
无损逆向色调映射器205对高动态范围图像数据（箭头226）应用逆向的、图3中的无损色调映射器101的无损对数映射。换句话说，无损逆向色调映射器205使用前面的等式9来将高动态范围图像数据（箭头226）转换为尾数bM（箭头227）和指数bE（箭头228）。
图像解码设备200输出基础图层低动态范围图像数据（箭头229）以及浮点表示的高动态范围图像数据的尾数bM（箭头227）和指数bE（箭头228），在所述高动态范围图像数据中结合增强图层和基础图层。
因此，图像解码设备200能够解码由图像编码设备100生成的数据，并生成低动态范围图像数据和高动态范围图像数据。换句话说，图像解码设备200能够实现减少增强图层数据（箭头128）的数据大小。即，图像解码设备200能够实现减少增强图层编码码流和基础图层编码码流（箭头126）的比特率（编码效率的提高）。由于位深低，所以无损转换也是可能的。因此，可以实现改善的已解码图像的图像质量。
此外，2^(DV)转换器203能够通过计算（DV）位的向左位移来实现位深转换计算。因此，2^(DV)转换器203能够以极轻处理负载转换图像数据的位深（增加图像数据的位深）。换句话说，图像解码设备200能够更容易地生成增强图层数据（箭头226）（并且因此增强图层编码码流（箭头227和箭头228））。
注意，基础图层图像的位深DV是任意的。换句话说，图像解码设备200可以被应用到更广泛的各种系统。
[1-7.处理流程]
现在将参考图6中的流程图描述由图像解码设备200执行的解码过程的示例流程。
当解码过程开始时，在步骤S201中，熵解码器201获取增强图层编码码流，根据与由图4的步骤S107中的处理应用的编码方法对应的解码方法对其应用熵解码，并生成增强图层数据。
在步骤S202中，无损解码器202获取并根据与由图4的步骤S104中的处理应用的编码方法对应的解码方法无损地解码基础图层编码码流，并且因此生成并输出基础图层图像数据。
在步骤S203中，2^(DV)转换器203将通过步骤S202中的处理获得的基础图层图像数据中的像素值乘以2^(DV)。
在步骤S204中，加法器204将通过步骤S201中的处理获得的增强图层数据和通过步骤S203中的处理获得的基础图层图像数据加到一起。
在步骤S205中，无损逆向色调映射器205对通过步骤S204中的处理获得的高动态范围图像数据应用逆向对数映射，并且因此生成并输出以浮点表示的高动态范围图像数据
通过进行如上的解码过程，图像解码设备200能够实现数据大小的减少。注意，可以省略步骤S201和步骤S202中的处理。
[1-8.位深]
图7是图示基础图层和增强图层中的位深的比较的示图。
在图7中示出的图中，虚线301连接由图像编码设备10（图1）生成的基础图层图像数据的位深和增强图层数据的位深的示例性图表。同时，实线302连接由图像编码设备100（图3）生成的基础图层图像数据的位深和增强图层数据的位深的示例性图表。
如图7中所示，图像编码设备100（图3）能够以比图像编码设备10（图1）更低的位深生成增强图层数据，而不管基础图层位深的大小。
换句话说，与图像编码设备10（图1）相比，图像编码设备100（图3）能够进一步减少生成的数据的大小。
注意，本技术可以应用于下列技术，例如使用从图像传感器（例如，互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器或电荷耦合器件（CCD）图像传感器）捕获的图像的装备和装置、将传感器图像写到存储器的压缩电路、数码相机、摄像机、医学成像相机、医用内窥镜、监控相机、数字影院相机、双目相机、立体影像和多相机、在例如微控制器芯片或片上系统（SoC）之类的集成电路中的简化存储器（reduced-memory）电路以及个人计算机上的创作工具和有关的软件模块。
<2.第二实施例>
[计算机]
可以由硬件执行上述的系列处理，但也可以由软件执行所述系列处理。当由软件执行所述系列处理时，构建这样的软件的程序被安装到计算机中。在这里，表述“计算机”包括合并专用硬件的计算机和当安装了各种程序时能够执行各种功能的通用计算机等。
图8是示出根据程序执行前面描述的系列处理的计算机的硬件的示例配置的框图。
在图8中示出的计算机900中，CPU（中央处理单元）901、ROM（只读存储器）902和RAM（随机存取存储器）903通过总线904互相连接。
输入/输出接口910也连接到总线904。输入单元911、输出单元912、存储单元913、通信单元914和驱动器915连接到输入/输出接口910。
由键盘、鼠标、扩音器、触摸板、或输入终端等配置输入单元911。由显示器、扬声器或输出终端等配置输出单元912。由硬盘、RAM盘或非易失性处理器等配置存储单元913。由网络接口等配置通信单元914。驱动器915驱动可移除介质912，例如磁盘、光盘、磁光盘或半导体存储器等。
在如上面描述的配置的计算机中，CPU901经由输入/输出接口910和总线904将存储在例如存储单元913中的程序加载到RAM903上，并执行所述程序。因此，进行上面描述的系列处理。RAM903还适当地存储CPU901需要的数据以执行各种处理。
应用由计算机（CPU901）执行的程序，该程序在作为封装介质等的可移除介质921中记录。此外，可以经由例如局域网、因特网或数字卫星广播之类的有线或无线传输介质提供程序。
在计算机中，通过将可移除记录介质921加载到驱动器915中，可以经由输入/输出接口910将程序安装到存储单元913中。还可以使用通信单元914从有线或无线传输介质接收程序，并将所述程序安装到存储单元913中。作为另一种替代，可以预先将程序安装到ROM902或存储单元913中。
应注意，由计算机执行的程序可以是根据在这个说明书中描述的顺序按时间序列处理的程序，或并行处理的或在例如调用时的必要时刻处理的程序。
应注意，在这个说明书中，描述在记录介质中存储的程序的步骤不仅包括根据其中示出的顺序按时间序列进行的处理，还包括并行或个别执行的处理（不必须按时间序列进行）。
此外，在本公开中，系统具有一组多个配置的元件（例如设备或模块（部分））的含义，并且不考虑所有配置的元件是否在同一壳体中。因此，系统可以是在分开的壳体中存储的并通过网络连接的多个设备，或可以是在单个壳体内的多个模块。
此外，在上面被描述为单个装置的元件（或处理单元）可以被配置为多个装置（或处理单元）。相反，在上面被描述为多个装置（或处理单元）的元件可以被集中配置为单个装置（或处理单元）。此外，除了上面描述的那些元件以外的元件可以被添加到每个装置（或处理单元）。此外，只要系统的配置或操作整体来看基本上相同，在另一装置（或另一处理单元）的元件中就可以包括给定装置（或处理单元）的元件的部分。
本领域技术人员应理解，取决于设计需求和其他因素，只要在所附权利要求或其等效物的范围内，各种修改、组合、子组合和替换可以发生。
例如，本公开可以采用通过经由网络由多个设备分配和连接一个功能来处理的云计算的配置。
此外，可以由一个设备或通过分配多个设备执行由上面提到的流程图描述的每个步骤。
此外，在一个步骤中包括多个过程的情况下，可以由一个设备或通过分配多个设备来执行在这一个步骤中包括的多个过程。
此外，本申请还可以被配置为如下。
（1）一种图像处理设备包括：
色调映射器，其无损地色调映射浮点表示的图像数据；
基础图层生成器，其通过减少由所述色调映射器色调映射的图像数据的位深来生成基础图层图像数据；以及
增强图层生成器，其通过使用由所述色调映射器色调映射的图像数据和由所述基础图层生成器生成的基础图层图像数据来生成增强图层数据。
（2）根据（1）的图像处理设备，其中
所述色调映射器利用无损对数映射色调映射浮点表示的图像数据。
（3）根据（2）的图像处理设备，其中
所述色调映射器通过将浮点表示的所述图像数据的指数和所述指数的最小值之间的差分值乘以2的浮点表示的所述图像数据的尾数的位深次幂，并进一步将浮点表示的所述图像数据的尾数加到所述乘法的结果，来色调映射浮点表示的所述图像数据。
（4）根据（3）的图像处理设备，其中所述基础图层生成器包括
第一计算单元，其使由所述色调映射器色调映射的图像数据经受2的所述基础图层图像数据的位深的负绝对值次幂的计算，以及
取整单元，其通过舍去经受所述第一计算单元的2的幂的乘法的图像数据的小数部分来生成所述基础图层图像数据。
（5）根据（4）的图像处理设备，其中
所述第一计算单元以等同于所述基础图层图像数据的位深的量向右位移由所述色调映射器色调映射的图像数据中的像素值。
（6）根据（4）或（5）的图像处理设备，其中所述增强图层生成器包括
第二计算单元，其使所述基础图层图像数据经受2的所述基础图层图像数据的位深次幂的计算，以及
差分数据生成器，其生成由所述色调映射器色调映射的图像数据和经受所述第二计算单元的2的幂的计算的基础图层图像数据之间的差分数据。
（7）根据（6）的图像处理设备，其中
所述第二计算单元以等同于所述基础图层图像数据的位深的量向左位移所述基础图层图像数据中的像素值。
（8）根据（1）到（7）中的任何一个的图像处理设备，还包括：
基础图层编码器，其编码由所述基础图层生成器生成的基础图层图像数据。
（9）根据（1）到（8）中的任何一个的图像处理设备，还包括：
增强图层编码器，其编码由所述增强图层生成器生成的增强图层数据。
（10）一种用于图像处理设备的图像处理方法，所述图像处理设备
无损地色调映射浮点表示的图像数据，
通过减少色调映射后的图像数据的位深来生成基础图层图像数据，
通过使用色调映射后的图像数据和所生成的基础图层图像数据来生成增强图层数据。
（11）一种用于使得计算机用作如下程序：
色调映射器，其无损地色调映射浮点表示的图像数据；
基础图层生成器，其通过减少由色调映射器色调映射的图像数据的位深来生成基础图层图像数据；以及
增强图层生成器，其通过使用由色调映射器色调映射的图像数据和由基础图层生成器生成的基础图层图像数据来生成增强图层数据。
（12）一种图像处理设备包括：
图像数据生成器，其通过使用增强图层数据和基础图层图像数据来生成色调映射后的图像数据，使用通过色调映射浮点表示的图像数据获得的图像数据和从色调映射后的图像数据生成的基础图层图像数据来生成所述增强图层数据；以及
逆向色调映射器，其通过对由图像数据生成器生成的色调映射后的图像数据应用无损逆向色调映射来生成浮点表示的图像数据。
（13）根据（12）的图像处理设备，其中
所述逆向色调映射器利用无损逆向对数映射来生成浮点表示的图像数据。
（14）根据（13）的图像处理设备，其中图像数据生成器包括
计算单元，其使基础图层图像数据经受2的基础图层图像数据的位深次幂的计算，以及
加法器，其通过将经受计算单元的2的幂的计算的基础图层图像数据加到增强图层数据来生成色调映射后的图像数据。
（15）根据（14）的图像处理设备，其中
所述计算单元以等同于基础图层图像数据的位深的量向左位移基础图层图像数据中的像素值。
（16）根据（12）到（15）中的任何一个的图像处理设备，还包括：
基础图层解码器，其解码基础图层图像数据的已编码数据；
其中图像数据生成器通过使用由基础图层解码器获得的基础图层图像数据来生成色调映射后的图像数据。
（17）根据（12）到（16）中的任何一个的图像处理设备，还包括：
增强图层解码器，其解码增强图层数据的已编码数据；
其中图像数据生成器通过使用由增强图层解码器获得的增强图层数据来生成色调映射后的图像数据。
（18）根据（12）到（15）中的任何一个的图像处理设备，还包括：
接收器，其接收与编码有关的信息；
基础图层解码器，其解码与由接收器接收的与编码有关的信息指定的编码格式对应的格式的基础图层图像数据的已编码数据；以及
增强图层解码器，其解码与由接收器接收的与编码有关的信息指定的编码格式对应的格式的增强图层数据的已编码数据。
（19）一种用于图像处理设备的图像处理方法，所述图像处理设备
通过使用增强图层数据和基础图层图像数据来生成色调映射后的图像数据，使用通过色调映射浮点表示的图像数据获得的图像数据和从色调映射后的图像数据生成的基础图层图像数据来生成所述增强图层数据，
通过对所生成的色调映射后的图像数据应用无损逆向色调映射来生成浮点表示的图像数据。
（20）一种用于使得计算机用作如下的程序：
图像数据生成器，其通过使用增强图层数据和基础图层图像数据来生成色调映射后的图像数据，使用通过色调映射浮点表示的图像数据获得的图像数据和从色调映射后的图像数据生成的基础图层图像数据来生成所述增强图层数据；以及
逆向色调映射器，其通过对由图像数据生成器生成的色调映射后的图像数据应用无损逆向色调映射来生成浮点表示的图像数据。
本公开包含与在2012年6月8日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2012-130913中公开的主题有关的主题，其整体内容通过引用合并于此。

Claims (20)

1.一种图像处理设备包括：
色调映射器，其无损地色调映射浮点表示的图像数据；
基础图层生成器，其通过减少由所述色调映射器色调映射的图像数据的位深来生成基础图层图像数据；以及
增强图层生成器，其通过使用由所述色调映射器色调映射的图像数据和由所述基础图层生成器生成的基础图层图像数据来生成增强图层数据。
2.如权利要求1所述的图像处理设备，其中
所述色调映射器利用无损对数映射色调映射浮点表示的图像数据。
3.如权利要求2所述的图像处理设备，其中
所述色调映射器通过将浮点表示的所述图像数据的指数和所述指数的最小值之间的差分值乘以2的浮点表示的所述图像数据的尾数的位深次幂，并进一步将浮点表示的所述图像数据的尾数加到所述乘法的结果，来色调映射浮点表示的所述图像数据。
4.如权利要求3所述的图像处理设备，其中所述基础图层生成器包括
第一计算单元，其使由所述色调映射器色调映射的图像数据经受2的所述基础图层图像数据的位深的负绝对值次幂的计算，以及
取整单元，其通过舍去经受所述第一计算单元的2的幂的乘法的图像数据的小数部分来生成所述基础图层图像数据。
5.如权利要求4所述的图像处理设备，其中
所述第一计算单元以等同于所述基础图层图像数据的位深的量向右位移由所述色调映射器色调映射的图像数据中的像素值。
6.如权利要求4所述的图像处理设备，其中所述增强图层生成器包括
第二计算单元，其使所述基础图层图像数据经受2的所述基础图层图像数据的位深次幂的计算，以及
差分数据生成器，其生成由所述色调映射器色调映射的图像数据和经受所述第二计算单元的2的幂的计算的基础图层图像数据之间的差分数据。
7.如权利要求6所述的图像处理设备，其中
所述第二计算单元以等同于所述基础图层图像数据的位深的量向左位移所述基础图层图像数据中的像素值。
8.如权利要求1所述的图像处理设备，还包括：
基础图层编码器，其编码由所述基础图层生成器生成的基础图层图像数据。
9.如权利要求1所述的图像处理设备，还包括：
增强图层编码器，其编码由所述增强图层生成器生成的增强图层数据。
10.一种用于图像处理设备的图像处理方法，所述图像处理设备
无损地色调映射浮点表示的图像数据，
通过减少色调映射后的图像数据的位深来生成基础图层图像数据，
通过使用色调映射后的图像数据和所生成的基础图层图像数据来生成增强图层数据。
11.一种用于使得计算机用作如下的程序：
色调映射器，其无损地色调映射浮点表示的图像数据；
基础图层生成器，其通过减少由色调映射器色调映射的图像数据的位深来生成基础图层图像数据；以及
增强图层生成器，其通过使用由色调映射器色调映射的图像数据和由基础图层生成器生成的基础图层图像数据来生成增强图层数据。
12.一种图像处理设备包括：
图像数据生成器，其通过使用增强图层数据和基础图层图像数据来生成色调映射后的图像数据，使用通过色调映射浮点表示的图像数据获得的图像数据和从色调映射后的图像数据生成的基础图层图像数据来生成所述增强图层数据；以及
逆向色调映射器，其通过对由图像数据生成器生成的色调映射后的图像数据应用无损逆向色调映射来生成浮点表示的图像数据。
13.如权利要求12所述的图像处理设备，其中
所述逆向色调映射器利用无损逆向对数映射来生成浮点表示的图像数据。
14.如权利要求13所述的图像处理设备，其中图像数据生成器包括
计算单元，其使基础图层图像数据经受2的基础图层图像数据的位深次幂的计算，以及
加法器，其通过将经受计算单元的2的幂的计算的基础图层图像数据加到增强图层数据来生成色调映射后的图像数据。
15.如权利要求14所述的图像处理设备，其中
所述计算单元以等同于基础图层图像数据的位深的量向左位移基础图层图像数据中的像素值。
16.如权利要求12所述的图像处理设备，还包括：
基础图层解码器，其解码基础图层图像数据的已编码数据；
其中图像数据生成器通过使用由基础图层解码器获得的基础图层图像数据来生成色调映射后的图像数据。
17.如权利要求12所述的图像处理设备，还包括：
增强图层解码器，其解码增强图层数据的已编码数据；
其中图像数据生成器通过使用由增强图层解码器获得的增强图层数据来生成色调映射后的图像数据。
18.如权利要求12所述的图像处理设备，还包括：
接收器，其接收与编码有关的信息；
基础图层解码器，其解码与由接收器接收的与编码有关的信息指定的编码格式对应的格式的基础图层图像数据的已编码数据；以及
增强图层解码器，其解码与由接收器接收的与编码有关的信息指定的编码格式对应的格式的增强图层数据的已编码数据。
19.一种用于图像处理设备的图像处理方法，所述图像处理设备
通过使用增强图层数据和基础图层图像数据来生成色调映射后的图像数据，使用通过色调映射浮点表示的图像数据获得的图像数据和从色调映射后的图像数据生成的基础图层图像数据来生成所述增强图层数据，
通过对所生成的色调映射后的图像数据应用无损逆向色调映射来生成浮点表示的图像数据。
20.一种用于使得计算机用作如下的程序：
图像数据生成器，其通过使用增强图层数据和基础图层图像数据来生成色调映射后的图像数据，使用通过色调映射浮点表示的图像数据获得的图像数据和从色调映射后的图像数据生成的基础图层图像数据来生成所述增强图层数据；以及
逆向色调映射器，其通过对由图像数据生成器生成的色调映射后的图像数据应用无损逆向色调映射来生成浮点表示的图像数据。
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